đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến điện áp ngâm dầu theo tiêu chuẩn iec- 186

* KHOA ĐIện_ Bộ MÔN TBĐ-ĐT*

LờI Mở đầU

Máy biến điện áp (BU) là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống điện
.Để vận hành hệ thống điện đợc an toàn ta cần phải đo lờng và bảo vệ để biết
đợc các thông số của nó rồi từ đó có phơng pháp điều chỉnh hợp lý,cũng nh
tránh đợc thiệt hại khi có sự cố xẩy ra.Việc thực hiện đo điện áp xoay chiều
với điện áp cao thì dụng cụ thông thờng không thể đáp ứng đợc vì điện trở
cách điện của thiết bị không cho phép,còn nếu thiết kế chế tạo thiết bị đo l-
ờng và bảo vệ với điện áp cao thì rất tốn kém và không an toàn cho ngời
dùng.Vì vậy để đo lờng và bảo vệ ở điện áp cao ngời ta phải dùng một thiết bị
trung gian để giảm điện áp xuống thiết bị này đợc gọi là máy biến điện áp .
Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật ,máy biến điện áp
đã đợc cải tiến rất nhiều về kiểu loại ,kết cấu ,vật liệu chế tạo cũng nh tính
năng làm việc .
Trong đề tài đồ án của em , em sẽ thiết kế máy biến điện áp một pha
ngâm dầu, tiêu chuẩn IEC- 186 với các số liệu ban đầu :
điện áp sơ cấp U
1đm
= 35/
3
kv
điện áp thứ cấp U
2đm
= 100/
3
kv
công suất định mức S
2đm
= 150 VA

cấp chính xác 1 với điện áp thay đổi ( 0,8
ữ
1,2)U
đm
,phụ tải ( 0,25
ữ
1)S
đm
, cos = 0,8
Toàn bộ đồ án gồm có 4 chơng :
Chơng I :phân tích chọn phơng án ,tính chọn cách điện .
Chơng II : tính tóan điện từ máy biến điện áp
Chơng III: tính toán sai số máy biến điện áp và hiệu chỉnh sai số
Chơng IV: tính toán và thiết kế kết cấu
Do trình độ và thời gian còn hạn chế nên đồ án của em không tránh khỏi
những thiếu sót .Em rất mong đợc sự đóng góp ý kiến của thầy ,cô và của các
bạn để đồ án của em hoàn chỉnh hơn .

Qua đây em xin chân thành cảm ơn thầy Bùi Tín Hữu đã tận tình hớng dẫn
em làm và hoàn thành đồ án ,và các thầy ,cô giáo đã day em trong 5 năm qua
để em có kiến thức hoàn thành đồ án này .
Em xin chân thành cảm ơn !

Sinh viên
Vũ Huy Cờng
Đồ áN TốT NGHIệP K44-THIếT Kế MáY BIếN ĐIệN áP 35KV
1
* KHOA ĐIện_ Bộ MÔN TBĐ-ĐT*

chơng I

Phân tích chọn phơng án ,tính chọn cách điện

1.1 khái niệm chung về máy biến điện áp
Hệ thống điện thờng có điện áp cao nên khi đo lờng và bảo vệ gặp rất
nhiều khó khăn .Nếu ta thiết kế ,chế tạo thiết bị đo lờng và bảo vệ với điện áp
cao thi sẽ rất tốn kém và nguy hiểm cho ngời sử dụng .Vì vậy ta cần giảm
điện áp xuống để dùng các thiết bị đo lờng và bảo vệ thông thờng ở điện áp
thấp ,tiêu chuẩn,an toàn .Thiết bị dùng để giảm điện áp cao xuống điện áp
thấp ,tiêu chuẩn đợc gọi là máy biến điện áp
Máy biến điện áp là một loại khí cụ điện dùng để hạ điện áp cao xuống
điện áp thấp tiêu chuẩn ,an toàn dùng cho đo lờng và bảo vệ rơle. Trị số điện
áp thứ cấp lấy theo tiêu chuẩn nhà nớc .ở Liên xô Châu âu và là 100V hoặc
3/100
V ,ở Anh và các nớc ả rập là 100V ,ở mỹ 120 V .Trên hình H1.1 trình
bày sơ đồ đấu dây của BU một pha .Cuộn dây sơ cấp nối với phía điện áp cao
qua cầu chì bảo vệ cao áp .Cuộn dây thứ cấp cấp nguồn cho các thiết bị đo l-
ờng và bảo vệ qua cầu chì bảo vệ hạ áp .Để an toàn một đầu cuộn hạ áp và lõi
thép của BU đợc nối đất
Hình 1.1
Đối với BU không yêu cầu độ bền nhiệt và độ bền điện động cao ,vì dòng
điện thứ cấp rất bé thậm chí khi ngắn mạch ở mạch thứ cấp cũng không sinh
ra hiệu ứng nhiệt và điện động nào cả ,hơn nữa ở mạch máy biến điện áp th-
ờng đặt cầu chì bảo vệ .
Máy biến điện áp có các cấp chính xác sau :0,2; 0,5; 1; 3; và 6 BU với
cấp chính xác 0,2 dùng cho mẫu ,cấp 0,5 dùng cho đo đếm điện năng ,cấp 1
dùng cho đồng hồ bảng ,còn cấp 3 và cấp 6 dùng cho bảo vệ .Cấp chính xác
của BU không đổi khi điện áp sơ cấp giao động trong khoảng U= (0,8
ữ
1,2)U
đm

,phụ tải bằng S
t
= (0,25
1ữ
)S
đm
,với cos = 0,8.
Trị số sai số lớn nhất đối với các cấp chính xác khác nhau đợc ghi trong
bảng dới đây :
.bảng 1-1 giới thiệu sai số lớn nhất của máy biến áp.
Cấp chính xác Sai số lớn nhất
điện áp {%} Góc [phút]
0,2
2,0
10
0,5
5,0
20
1
1
40
3
3

Không qui định
Khuynh hớng phát triển máy biến điện áp hiện nay là thiết kế chế tạo
những máy biến điện áp có dung lợng lớn ,điện áp thật cao ,dùng nguyên liệu
mới để giảm kích thớc và trọng lợng máy .Về vật liệu hiện nay đẫ dùng loại
Đồ áN TốT NGHIệP K44-THIếT Kế MáY BIếN ĐIệN áP 35KV
2

C
A
B
V
a
x
A
X
* KHOA ĐIện_ Bộ MÔN TBĐ-ĐT*

thép cán lạnh không những có từ tính tốt mà tổn hao sắt lại tốt do đó nâng
cao đợc hiệu suất của máy biến điện áp .
1.2 nguyên lý làm việc của máy biến điện áp
ta xét sơ đồ nguyên lý của một máy biến điện áp một pha hai dây quấn
nh hình 1.1
Hình 1.2
,cảm ứng ra các suất điện động (s.đ.đ) e
1
và e
2
.Dây quấn thứ cấp có s,đ.đ sẽ
sinh ra dòng điện i
2
đa ra tải với điện áp là u
2
.
Giả sử điện áp xoay chiều đặt vào là một hàm số sin ,thi từ thông do nó sinh
ra cũng là một hàm số hình sin:
=
m

sint
do đó theo định luật cảm ứng điện từ ,s.đ.đ cảm ứng trong các dây quấn sẽ
là :

)
2
sin(2
cos
sin
.
1
1111

=
=

=

=
tE
tw
dt
td
w
dt
d
we
m
m

)
2
sin(2
cos
sin
.
2
2222

=
=

=

=
tE
tw
dt
td
w
dt
d
we
m
m

trong đó :

m
mm
fw
fww
E =

=

=
1
11
1
44,4
2
2
2
.


m
mm
fw
fww
E =

=

=
2
22
2
44,4
2
2
2
.

là giá trị hiệu dụng của các s.đ.đ dây quấn thứ cấp và sơ cấp
các biểu thức trên cho thấy s.đ.đ cảm ứng trong dây quấn chậm pha so với từ
thông sinh ra nó một góc
2

Dựa vào các biểu thức trên ngời ta định nghĩa tỷ số biến điện áp của BU nh
sau :

2
1
2
1
w
w
E
E
k ==
nếu không kể đến điện áp rơi trên các dây quấn thì có thể coi
11
EU

;
22
EU
do đó k đợc xem nh tỷ số điện áp giữa hai dây quấn :

2
1
2
1
U
U
E
E
k =
Đồ áN TốT NGHIệP K44-THIếT Kế MáY BIếN ĐIệN áP 35KV
3

W
2
W
1
I
2
I
1
Z
t
U
1
U

2
Dây quấn sơ cấp có w
1
vòng dây và dây quấn thứ cấp
có w
2
vòng dây đều đợc quấn
trên cùng một lõi thép .Khi
đặt một điện áp xoay chiều u
1
vào dây quấn sơ cấp trong đó
sẽ có dòng điện i
1
.Trong lỗi
thép sẽ sinh ra từ thông
móc vòng với cả hai dây quấn
* KHOA ĐIện_ Bộ MÔN TBĐ-ĐT*

1.3 phân loại và các kiểu máy biến điện áp
I.phân loại :
máy biến điện áp đợc phân thành các loại sau :
1.theo số pha: có hai loại
-máy biến điện áp một pha
-máy biến điện áp ba pha
2.theo số dây quấn :
- loại 2 dây quấn
-loại 3 dây quấn
3.theo cấp chính xác :
- theo giá trị sai số cho phép
4.theo phơng thức làm mát :

-máy biến điện áp dầu
- máy biến điện áp khô (không khí ).
5.loai thiết bị có :
-máy biến điện áp trong nhà
-máy biến điện áp ngoài trời
-máy biến điện áp cho các thiết bị phân phối hợp bộ .
Đồ áN TốT NGHIệP K44-THIếT Kế MáY BIếN ĐIệN áP 35KV
4
* KHOA ĐIện_ Bộ MÔN TBĐ-ĐT*

II.các kiều máy biến điện áp
Về kiểu máy biến điện áp chia làm 3 nhóm:
-máy biến điện áp khô
- máy biến điện áp dầu
- máy biến điện áp nối tầng
1.máy biến điện áp khô .
Máy biến điện áp khô đợc chế tạo với điện áp định mức 24 kv.Vật liệu
cách điện là epoxy.
Mạch từ của máy biến điện áp đợc ghép từ các lá tôn kỹ thuật điện .đối
với mạch từ kiểu HOC 05 thì dùng các tấm tôn dập hình chữ e ,còn các
kiểu máy biến điện áp khác thì dùng các tấm tôn hình chữ nhật . Dây quấn đ-
ợc quấn nhiều lớp trên những ống khung cách điện và đợc sơn tẩm bằng sơn
dùng cho điện áp pha .Các máy biến điện áp đợc nối với lới bằng các đầu
cực phân bố trên các sứ và ba nêm cách điện .
Các máy biến điện áp HOCK-6-66 chỉ dùng với các thiết bị ,phân phối hợp
bộ cao áp trong các mở than ,khi lắp đặt nó phải đổ một lớp bitum cách điện
kín ,bởi vậy nó không có bệ nêm đầu ra ,các dây quấn của máy biến điện áp
đợc đa ra bằng các dây cáp mềm
Các máy biến điện áp kiểu HO và 3HO Là những khối đúc mà trong đó
dây quấn và mạch từ đợc nằm kín trong eboxy .

Hình 1.3 giới thiệu kết cấu BU khô kiểu HOC-3
1- gông từ
2- cuộn dây cao áp
3-cuộn dây hạ áp
4-các đầu vào cao áp
5-các đầu ra hạ áp
Hình 1.3
Đối với các máy biến điện áp mà dây quấn đợc quấn trên các mạch từ hình
xuyến thi dây quấn trong là dây quấn thứ cấp phụ .
2.máy biến điện áp dầu .
Thờng đợc chế tạo với điện áp 35kv trở lên.
Sở dĩ đối với mạng điện có điện áp cao U> 35kv thờng sử dụng kiểu dầu
vì : Dỗu vừa cách điện tốt ,vừa làm mát tốt ,hơn nữa dễ bảo quản khi xẩy
ra sự cố về chạm chập dây .Tuy nhiên loại máy biến điện áp kiểu dầu có
kết cấu hơi phức tạp vì chúng thờng có bình dãn dầu và trong quá trình
làm việc cũng dễ gây ra cháy nổ .Nhng loại này phù hợp với cấp điện áp
cao ,vì thế cho nên đối với U> 35kv thì để đảm bảo yêu cầu về mặt cách
điện cũng nh trong quá trình làm việc ,ngời ta thờng chế tạo loại máy
biến điện áp kiểu ngâm dầu .
Mạch từ đợc ghép từ các lá tôn kỹ thuật điện dây quấn nhiều lớp đợc
quấn trên một ống cách điện :dây quấn cao áp có màn chắn tĩnh điện ,các dây
quấn cao áp bao gồm một hoặc hai cuộn si để bảo vệ quá điện áp .
Đồ áN TốT NGHIệP K44-THIếT Kế MáY BIếN ĐIệN áP 35KV
5
4
3
2
1
5
1

2
* KHOA ĐIện_ Bộ MÔN TBĐ-ĐT*

Thùng máy biến điện áp đợc hàn bằng tôn nh của loại máy 3HOM 15-63
,thép phi từ tính bởi vì dùng trực tiếp với các thiết bị và đợc đặt gần các thanh
cái dẫn điện của các máy phát lớn .
các đầu ra của dây quấn của phần lớn các máy biến điện áp đợc nối với đầu
ra trên sứ đặt trên nắp máy .Đầu vào hạ áp và các đầu nối đất của dây quấn
cao áp của các máy biến điện áp 3 HOM 15- 63 ,3 HOM 24-69 đợc đặt trên
vách thùng .các đầu ra của dây quấn hạ áp các máy biến điện áp 3 HOM 35-
66 đợc đa ra một mảng đầu ra trên thành thùng .
Máy biến điện áp 3 HOM 35-65 và 3HOM 35-66 có bình dãn dầu đặt ở
phía đầu cao áp .ở máy biến điện áp này kín hoàn toàn .ở máy biến điện áp
kiểu khác thì không có bình dãn dầu ,mức dầu trong thùng thờng thấp hơn
nằm từ 20-30 cm.
3. máy biến điện áp nối tầng
Với điện áp lớn hơn 35kv để giảm kích thớc cách điện ,ngời ta dùng kiểu
biến áp nối tầng ,mỗi tầng chịu một điện áp nhất định .Với điện áp 110
kv ,thờng dùng kiểu hai tầng ,mỗi tầng chịu một nửa điện áp nh hình
1.4. Mỗi tầng kiểu này có mạch từ riêng (I) và (II) ,có cuộn dây cao áp
riêng ,mỗi cuộn chịu một nửa điện áp pha ,cuộn dây cao áp (BH) của
mạch từ MII có đầu vào nối với điện áp pha ,phía cuối nối với mạch từ
và cách điện với MI .Đầu cao áp của cuộn dây ở mạch từ MI nối với
phía cuối của mạch từ MII và có điện áp bằng 1/2 điện áp pha .Phía
cuối của cuộn dây cao áp BH ở mạch từ MI đợc nối đất cùng với MI
.Phía hạ áp HH có hai cuộn dây a-x và a


-x

,một cuộn dùng cho đo l-
ờng ,một cuộn dùng cho bảo vệ .Hai cuộn bù (CB
1
) và (CB
2
) dùng để
phân bố điện áp đều trên hai cuộn cao áp khi mạch thứ cấp có tải .
Đồ áN TốT NGHIệP K44-THIếT Kế MáY BIếN ĐIệN áP 35KV
6
* KHOA ĐIện_ Bộ MÔN TBĐ-ĐT*


Hình 1.4
Sơ đồ trên hình 1.5 hiện đại hơn và có nhiều u điểm so với sơ đồ ở hình
1.4 ,loại này có một mạch từ ,cách ly với đất các cuộn dây đợc cuốn trên hai
trụ của mạch từ .
Hình 1.5
III.giới thiệu một số loại máy biến điện áp
Trong hệ thống điện hiện nay có thể có 3 loại máy biến điện áp :
Loại cảm ứng điện từ
Loại tụ điện phân áp
Các máy biến điện áp kiểu mới
1.Máy biến điện áp kiểu cảm ứng điện từ
Máy biến điện áp có thể đợc chế tạo 3 pha (thờng cho cấp điện áp U< 35kv)
hiệu chỉnh một pha (cho U

66kv) ,với một hiệu chỉnh hai cuộn dây thứ
cấp .Tuỳ theo điện áp cần thiết ở phía thứ cấp ta có thẻ sử dụng các loại máy
Đồ áN TốT NGHIệP K44-THIếT Kế MáY BIếN ĐIệN áP 35KV

7
A
x
M
U

a
a
BH
BH
*
*
*
HH


2

U
X
A
x
U

x
M
BH
CB
2
II

M
I
BH
CB
1
a
a

2

U
*
*
*
*
*
HH
X
* KHOA ĐIện_ Bộ MÔN TBĐ-ĐT*

biến điện áp khác nhau ,đấu nối theo những sơ đồ khác nhau .Sơ đồ hình 1.6
sử dụng 3 máy biến điện áp một pha ,hai cuộn dây
Các máy biến điện áp một pha hai dây quấn đến 35kv có thể đợc nối thành tổ
máy biến điện áp ba pha theo sơ đồ y
0
-y
0
có trung tính của sơ cấp và thứ cấp
nối đất hình 1.6 .
Hình 1.6

Sơ đồ tam giác hở gồm 2 máy biến điện áp một pha nối với hệ thống ba
pha nh hình h1.7 .Khác với sơ đồ tam giác ,đồ thị vectơ của sơ đồ tam giác
hở chỉ là 2 cạnh của tam giác đều .Đặc điểm của sơ đồ này là khi tải của ba
pha đối xứng , công suất của cả hai máy biến điện áp bằng công suất của
một máy biến điện áp nhân với
3
Tức là nhỏ hơn 13% so với tổng công suất của chúng

Hình1.7
Quá trình quá độ trong máy biến điện áp kiểu cảm ứng điện từ thông
không có ảnh hởng gỉ lớn đến sự làm việc của thiết bị bảo vệ .
Thành phần một chiều của điện áp quá độ cũng đợc phản ánh dẽ dàng
sang phía thứ cấp ,hài bậc cao cũng vậy .Trong một số trờng hợp có thể xẩy
ra cộng hởng nếu tần số của hài bậc cao trùng với tần số cộng hởng của máy
biến điện áp .Khả năng cộng hởng sẽ đợc giảm thấp nếu phụ tải phía thứ cấp
là điện trở tác dụng ,hiệu chỉnh tổn hao công suất phía thứ cấp khá lớn .

2. Máy biến điện áp kiểu tụ phân áp
Đối với hệ thống điện áp cao đến 765kv ,cũng có thể sử dụng máy biến
điện áp làm việc theo nguyên lý phân áp điện dung .
Máy biến điện áp điện dung có thể đợc nối với các dụng cụ đo lờng
thông thờng và rơle bảo vệ .
Chúng cũng có thể đợc phép dùng trong mục đích đo đếm tiền điện .
Kích thớc của máy biến điện áp kiểu điện từ tỷ lệ với điện áp sơ cấp của
nó .Khi điện áp tăng ,giá thành loại BU kiểu điện từ tăng nhanh vì cách điện
cao .Máy biến điện áp kiểu tụ phân áp cho điện áp cao có tính kinh tế hơn .
Đồ áN TốT NGHIệP K44-THIếT Kế MáY BIếN ĐIệN áP 35KV
8
C
B

A
a b
c
C
B
w
w
A
Phân áp kiểu tụ cũng giống nh
phân áp kiểu điện từ ,điện áp lấy ra
ở một vị trí phân áp nào đó phụ thuộc
vào vị trí phân áp và tổng trở của phụ
tải hình 1.8
Trong bộ phân áp kiểu tụ ,tổng trở
của nguồn mang tính dung kháng hình
1.9 đấu nối tiếp vào mạch phân áp
.Nếu tụ điện và cuộn điện kháng
không chứathành phần điện trở tác
dụng thì vềnguyên lý có thể bù hoàn
toàn tổng trở nguồn và lấy ra công
suất tùy ý ở phía thứ cấp .
a
x
X
A
C
1
C
2
Z

pt
Hình 1.8
* KHOA ĐIện_ Bộ MÔN TBĐ-ĐT*




trên hình 1.10 trình bày sơ đồ nguyên lý của một máy biến điện áp kiểu này .
Bộ phân áp gồm hai tụ C
1
và C
2
có thiết bị tải ba (TB) kết hợp truyền tin trong
lới điện .Để cung cấp đủ công suất cho đầu ra ,ngời ta dùng một biến áp có
cuộn sơ cấp A
1
x ,nối tiếp qua cuộn kháng (P) cộng hởng với trị số tụ điện (C
1
+ C
2
)và cuộn lọc cao tần đấu song song với tụ điện C
2
với điện áp khoảng 4
đến 12kv .Đầu ra có hai cuộn dây :cuộn (a-x) dùng cho mạch đo lờng và bảo
vệ ,còn cuộn (a-x) dùng để cản dịu chống cộng hởng sắt từ và ảnh hởng
của quá trình quá độ.
Nhợc điểm chính của loại máy biến điện áp phân áp bằng tụ điện là có
khả năng sinh ra quá điện áp cao khi có hiện tợng cộng hởng sắt từ .Vì cuộn
kháng phi tuyến kết hợp với tụ điện nên có khả năng xẩy ra cộng hởng không
những với sóng cơ bản mà còn với cả các sóng hài ,vì vậy sẽ gây ra nguy

hiểm với cáchiện điện .
3.Máy biến điện áp kiểu mới .
a.BU phân áp kiểu tụ điện có khuếch đại
Đồ áN TốT NGHIệP K44-THIếT Kế MáY BIếN ĐIệN áP 35KV
9
U

Trên thực tế các cuộn kháng đều
chứa thành phần điện trở tác dụng nên
công suất đầu ra của bộ phân ápbị hạn
chế .Nếu muốn lấy trực tiếpđiện áp
thứ cấp bằng điện áp thứ cấp danh
định của BU ,chẳng hạn bằng 100v
,thì để đạt công suất phụ tải danh định
,trị số của tụ phân áp phải rất lớn ,Để
giảm dung lợng của tụ phân áp và
đảm bảo công suất đầu ra của BU ,ng-
ời ta sử dụng sơ đồ có máy biến áp
điện từ trung gian .
a
x
X
A
C
1
C
2
Z
pt
L

Hình 1.9
C
1
C
2
A
TB
a
x
a
x
x
X
A
1
P
L
U
c2
Hình 1.10
* KHOA ĐIện_ Bộ MÔN TBĐ-ĐT*

Loại BU kiểu này tránh đợc hiện tợng cộng hởng sắt từ vì không sử dụng máy
biến áp điện từ sau khi phân áp mà dùng bộ khuếch đại .Sơ đồ nguyên lý của
loại này đợc cho ơdr hình 1.11 điện áp sơ cấp U
s
đợc bộ tụ phân áp giảm
xuống trị số
u
s

K
U
,K
u
là tỷ số phân áp và đặt vào đầu vào của bộ tiền khuếch
đại 1 .
Đồ áN TốT NGHIệP K44-THIếT Kế MáY BIếN ĐIệN áP 35KV
10
* KHOA ĐIện_ Bộ MÔN TBĐ-ĐT*


Điện áp đầu ra của bộ tiền khuếch đại 1 sẽ đợc dẫn theo cáp đồng trục 2 đến
bộ khuếch đại công suất 3,với nguồn nuôi 4 .Đầu ra của bộ khuếch đại 3 đợc
nối với phía sơ cấp của máy biến áp cách ly 5 ,còn phía thứ cấp có hai cuộn
dây ,một cuộn dùng cho đo lờng, một cuộn dùng cho bảo vệ, với tổng công
suất khoảng vài chục vôn ampe
Ưu điểm của loại biến áp này là kết cấu đơn giản ,làm việc trong quá trình
quá độ tơng đối tốt .Hạn chế chính của loại này là công suất của đầu ra thấp
nên chỉ đợc dùng cho các rơle số hoặc rơle tĩnh có công suất tiêu thụ bé .BU
kiểu tụ phân áp có khuếch đại đã đợc chế tạo và đợc sử dụng nhiều năm trong
lới điện cao áp .
b. Máy biến điện áp làm việc theo hiệu ứng POCKLS
Khi cho hai sóng ánh sáng chạy qua một tinh thể khúc xạ kép đợc đặt dới tác
dụng của một điện trờng E,ta có thể đo đợc góc lệch pha giữa hai sóng này
theo hiệu ứng điện quang tuyến tính POCKELS:
= K
dq
.E.L
trong đó :K
dq

là hệ số điện quang ,K
dq
=8,2.10
-6
rad/v.m đối với tinh thể
thạch anh
E là cờng độ điện trờng trong tinh thể , V
L chiều dài đờng đi của ánh sáng trong tinh thể , m.
Trên hình 1.12 trình bày sơ đồ nguyên lý của loại BU này
Bộ phận phân áp gồm tụ C
1
và phần tử POCKELS với điện dung C
2
đợc đấu
với điện áp cần đo U
s
.Điện áp đặt lên phần tử 2 tạo trong tinh thể một điện
trờng E,tỷ lệ với điện áp cần đo .Chùm ánh sáng từ nguồn sáng 3 đợc đa qua
bộ phân cực 4 để phân thành hai sóng quang lệch pha nhau một góc /2 và
chúng đợc chiếu qua phần tử 2.
Dới tác động của điện trờng E trong tinh thể của phần tử hai sóng sẽ có tốc
độ lan truyền khác nhau và làm tăng góc lệch pha giữa chúng ,sau đó sẽ đi
qua bản cực 5 có bề dày bằng ẳ bớc sóng để tiếp tục làm lệch pha thêm trớc
khi đa đến bộ phận phân tích 6 .Độ sáng đầu ra ở bộ phận 6 tỷ lệ với góc lệch
pha , vì vậy nó càng
Đồ áN TốT NGHIệP K44-THIếT Kế MáY BIếN ĐIệN áP 35KV
11
u
s
K

U
C
2
Uss
Dây dẫn
C
1
1
2
3
4
5
U
2
U
2
Hình 1.11
U
s
U
t
Z
pt
8
7
65
/4
2
1
C

1
4
3
Hình 1.12
* KHOA ĐIện_ Bộ MÔN TBĐ-ĐT*

Tỷ lệ với điện áp đợc đo .Điốt quang 7 có chức năng biến đổi cờng độ ánh
sáng nhận đợc từ bộ phân tích 6 thành tín hiệu da ,qua bộ khuếch đại 8 để
cho điện áp U
r
tỷ lệ với điện áp U
s
.
Loại máy biến điện áp kiểu này có cấu trúc khá phức tạp nên phạm vi ứng
dụng còn hạn chế.
1.4 sai số của máy biến điện áp và hiệu chỉnh sai số
I.sai số của máy biến điện áp
1.Hệ số biến đổi điện áp
Trong máy biến áp điện lực thờng không kể đến độ sụt áp ở chế độ không
tải trên các dây quấn nên hệ số biến đổi của máy biến áp đợc tính nh sau :

02
1
2
1
2
1
U
U
W

W
E
E
k ==
trong đó : U
1
,U
02
là điện áp sơ cấp và thứ cấp
E
1
, E
2
là sức điện động sơ cấp và thứ cấp
W
1
, W
2
là số vòng của cuộn sơ cấp và thứ cấp
Về góc pha đối với máy biến áp điện lực khi không tải chúng ta cũng bỏ qua
sự lệch pha của điện áp dây quấn sơ cấp và thứ cấp .Đối với máy biến điện
áp thì không thể bỏ qua vấn đề này vì nó sẽ gây ra sai số điện áp lớn và làm
cho cấp chính xác của máy biến điện áp sẽ khác với cấp đã định trớc .Để hiểu
rõ hơn về sai số điện áp ở các chế độ làm việc của máy biến điện áp chúng ta
sẽ xét riêng các quá trình xẩy ra khi không tải và khi có tải .
2.chế độ không tải
Khi đặt điện áp xoay chiều U
1
vào dây quấn sơ cấp W
1

thì trong dây quấn sơ
cấp cảm ứng một sức điện động E
1
ngợc chiều với U
1
và do có dòng điện
không tải sẽ xuất hiện xụt áp trên dây quấn sơ cấp .Nếu bỏ qua xụt áp đó thì
sức điện động E
1
=U
1
và đờng cong đồ thị của từ thông sẽ có dạng hình sin
nh hình 1.13
Đồ áN TốT NGHIệP K44-THIếT Kế MáY BIếN ĐIệN áP 35KV
12
đồ thị hình 1.13 có thể đợc thay bằng đồ thị véctơ hình 1.14
* KHOA ĐIện_ Bộ MÔN TBĐ-ĐT*






3.chế độ có tải .
Trờng hợp khi có tải có thể là tải điện trở ,tải điện cảm ,tải điện dung
hoặc tải hỗn hợp .Khi có tải thì cuộn sơ cấp và thứ cấp sẽ xuất hiện dòng
điện tải và nó gây ra trong cuộn sơ cấp và thứ cấp của máy các sụt áp
Đồ áN TốT NGHIệP K44-THIếT Kế MáY BIếN ĐIệN áP 35KV
13
0

U
1,
E
1
,
E
1
U
1

t
Hình1.13
Đồ thị vectơ hình 1. 14 chỉ đúng với
một BU lý tởngnghĩa là BU không có
tổn hao năng lợng .
Tuy nhiê trong BU thực sẽ có tổn hao
năng lợng xẩyra trong mạch từ và dây
quấn .Vì thế đồ thị véctơ phức tạp hơn
nh hình 1.15
E
1
I
ox
U
1
0

Hình 1.14
ở trờng hợp biến áp lý tởng với chế độ
không tải thì trong cuộn sơ cấp có dòng

điện I
o
= Iox đi qua ,và tạo nên từ thông
,từ thông này móc vòng với cuộn dây
sơ cấp và thứ cấp của biến áp . Còn ở
máy biến điện áp thực tế thì dòng không
tải này gồm 2 thành phần : thành phần
tác dụng (I
or
) và thành phần phản kháng
(Iox) tạo nên sự tổn hao ở chế độ không
tải .Véc tơ dòng điện toàn phần I
o
là
tổng hình học của hai véctơ I
or
và Iox nh
hình 1. 15 dòng điện không tải chạy
qua cuộn sơ cấp và gây ra trong cuộn sơ
cấp sụt áp :
U
0r1
= I
o
.r
1
Mặt khác dòng điện I
o
còn tạo ra từ
thông tản ox ,từ thông tản này tạo ra

sức điện động Eox1 .Lấy dấu ngợc lại của
sức điện động Eox1 thì ta đớc sụt áp Uox1
có nghĩa là U0x1 =- Eox1 vì sức điện động
Eox1 chậm pha so với từ thông ox một
góc 90
0
kể từ dòng điện I
o
,cũng nh đã
đợc biểu thị ở hình 1.16
I
ox
U
1
E
1

I
or
I
o
hình1.15
U
Hình 1.16
ở hình 1.16 véc tơ Uox1 sớm trớc véc tơ I
o
một góc 90
0
.Véc tơ U
or1

cùng chiều ,hớng với véc tơ I
o
.Từ hình vẽ ta thấy điện áp sơ cấp U
1
cần đợc bù hết cho E
01
và cả 2 sụt áp U
or1
và Uox1 do đó ta có
U
1
=-E
o1
+U
or1
+ Uox1
U
ox1
-U
1
Uor
1

o
I
o
-E
ox1
=U
ox1

-Eo
1

ox
Eo
1
I
ox
90
0


E
ox1
* KHOA ĐIện_ Bộ MÔN TBĐ-ĐT*

.Lúc này ở cuộn sơ cấp thì các sụt áp đợc cộng lại (tổng hình học ) cùng
với sụt áp do dòng điện không tải tạo ra .
Để tiện cho việc nghiên cứu đồ thị vectơ ta cần phải qui đổi các véctơ
sức điện động và dòng điện thứ cấp về sơ cấp ,việc qui đổi các vec tơ sức
điện động và dòng điện đợc thực hiện bằng cách nhân sức điện động thứ
cấp với hệ số biến áp K ,còn dòng điện thứ cấp thì chia cho K :
K.E
2
= E
2
= E
1
Và I
2

=
K
I
2
=I
1
Điều này cho ta có thể khảo sát các vectơ sụt áp trong cùng một tỷ lệ
.Trên hình 1.17 trình bày đồ thị vectơ của máy biến điện áp với trờng hợp
tải cảm .

Giải thích các véc tơ trong đồ thị :
U
or1
, Uox1 là sụt áp tác dụng và phản kháng trong dây quấn sơ cấp do
dòng điện không tải I
o
.
U
r1
,Ux1 là sụt áp tác dụng và phản kháng trong dây quấn sơ do dòng
điện tải I
1
U
r2
, Ux2 là sụt áp tác dụng và phản kháng trong dây quấn thứ cấp
qui đổi về dây quấn sơ cấp .
U
1
là điện áp sơ cấp
-E

o1
sức điện động sơ cấp ngợc chiều khi không tải
-E
1
là sức điện động sơ cấp ngợc chiều khi có tải
E
2
là sức điện động thứ cấp khi có tải ,qui đổi về dây quấn sơ cấp .
U
2
điện áp thứ cấp qui đổi về sơ cấp .
I
1
và I
2
dòng điện có tải sơ cấp và thứ cấp đã qui đổi về sơ cấp
I
o
là dòng điện không tải
U là sai số điện áp
là sai số góc
Vì dòng điện tải thứ cấp I
2
gây ra ở cuộn thứ cấp sụt áp do điện trở và
điện kháng U
r2
,Ux2 của cuộn thứ cấp cho nên sức điện động thứ cấp E
2
,ngoài điện áp thứ cấp U
2

cần phải bù thêm các sụt áp đó .Từ đó suy ra
Đồ áN TốT NGHIệP K44-THIếT Kế MáY BIếN ĐIệN áP 35KV
14
-E
01
U
1

-E
1
U
ox1
U
or1
U
x1
U
r1
U
x2
U
r2
-U
2
-I
2
I
o

I

1

U
Hình 1.17
* KHOA ĐIện_ Bộ MÔN TBĐ-ĐT*

điện áp thứ cấp trên các đầu ra của dây quấn thứ cấp sẽ nhỏ hơn sức điện
động một lợng sụt áp .
U
2
= E
2
+ U
r2
+ Ux2
Dòng điện sơ cấp khi có tải I
1
cũng gây ra trong dây quấn sơ cấp sụt áp
U
r1
và Ux1 .Các sụt áp này cộng với các sụt áp khi không tải U
or1
,Uox1 và
cần bù thêm bằng điện áp U
1
.
U
1
= - E
2

+ U
or1
+Uox1 + U
r1
+ Ux1
4.sai số của máy biến điện áp
Trên cơ sở đồ thị véc tơ có thể rút ra công thức tính sai số của BU.
a.tính sai số ở chế độ không tải
Sai số của điện áp khi không tải U
o
có thể xác định bằng cách dùng
đồ thị vectơ hình 1.9
Theo định nghĩa ở chế độ không tải thì :
U
o
= -E
o1
U
1
(4-0)
do góc
o
(góc giữa véctơ U
1
và E
o1
) có giá trị nhỏ cho nên có thể coi
véc tơ U
1
bằng hình chiếu của nó trên trục tung .Khi đó ta tính đợc sai số

điện áp biểu thị bằng % bằng :
U
0
= -(U
or1
sin + Uox1cos ). (4-1)
Trong đó :
U
or1
và Uox1 là sụt áp tác dụng và phản kháng ở cuộn sơ cấp .
là góc từ trễ (góc giữa vectơ dòng điện không tải I
o
và thành phần phản
kháng của nó )
dấu (- ) thể hiện sai số âm
Trị số U
or1
và Uox1 đợc phân tích nh sau :
U
or1
= U
r1
.
1
I
I
o
=U
r1
.

sin.
1
I
I
or
= U
r1
.

sin
or
i

U
ox1
= U
x1
.
1
I
I
o
=U
x1
.

cos.
1
I

I
ox
= U
x1
.

cos
ox
i
Trong đó :
U
r1
và Ux1 là sụt áp do điện trở và điện kháng của cuộn sơ cấp khi tải
định mức
i
or
và iox là tỷ số giữa thành phần dòng điện tác dụng và dòng điện
phản kháng của dòng điện không tải và dòng điện định mức
Thay các giá trị U
or1
và Uox1 vào công thức (4-1) ta đợc :
U
0
= ( U
r1
.i
or
+ Ux1 .i
ox

)
Sai số về góc ở chế độ không tải theo định nghĩa là góc
o
giữa các vectơ
U
1
và -E
o1
.Vì giá trị của góc
o
rất nhỏ cho nên ta có thể coi
tg
0



o

Nếu sai số góc đợc biểu thị bằng phút thì tơng tự nh công thức cho sai số
điện áp ,từ giản đồ vectơ ta rút ta công thức tính sai số góc

o
=
100
3440
.(U
or1
.cos - Uox1 .sin)
=34,4 (U
r1

.iox Ux1.i
or
)
trong đó : hằng số 3440 = 360.60/2(phút /rad.)
sai số về góc đợc coi là dơng nếu vectơ -E
o1
sớm trớc vectơ U
1
nh vậy ở
trờng hợp nh vẽ ở hình 1.9 thì sai số góc là âm .
Đồ áN TốT NGHIệP K44-THIếT Kế MáY BIếN ĐIệN áP 35KV
15
* KHOA ĐIện_ Bộ MÔN TBĐ-ĐT*

b.tính toán sai số khi có tải .
Sai số điện áp khi có tải U
H
đợc xác định theo công thức sau:
U
H
=-(U
nr
cos
2
+ Unx sin
2
) (4-2)
trong đó :
U
nr

= U
r1
+ U
r2
; Unx = Ux1 + Ux 2 là các sụt áp tác dụng
và các sụt áp phản kháng trong dây quấn sơ cấp và
thứ cấp khi có tải .
cos
2
là hệ số công suất của tải.
Sai số về góc ở chế độ có tải là
H
quá nhỏ cho nên ngời ta coi :
tg
H



H
Trên cơ sở đồ thị vectơ hình 1.10 ta có :

H
= 34,4 (U
nr
sin
2
Unx cos
2
) (4-3)
Do đó sai số điện áp và sai số về góc toàn phần khi có tải đợc xác định

bằng tổng sai số do dòng điện không tải và có tải gây ra :
U = U
o
+ U
H
và =
o
+
H

5.hiệu chỉnh sai số của máy biến điện áp
Sụt áp của BU có thể bù bằng cách hiệu chỉnh .Sự điều chỉnh điện
áp U
k
là sự cố ý thay đổi hệ số biến đổi về phía tăng điện áp thứ cấp ,đ-
ợc tính bằng % .Từ công thức (4-0) và (4-2) ta thấy sai số điện áp luôn
âm .Ta đa điện áp hiệu chỉnh dơng U
k
vào làm giảm giá trị tuyệt đối
của của sai số điện áp .
Sự hiệu chỉnh đợc thực hiện bằng cách sao cho ở chế độ không tải của
máy biến điện áp có một chút sai số dơng nằm trong giới hạn cho phép
của cấp chính xác , có nghĩa là tăng một chút điện áp thứ cấp.Để làm
điều này ta tăng số vòng dây của cuộn thứ cấp lên một lợng nào đó .Nh-
ng trong thực tế ngời ta thờng giảm số vòng dây của cuộn sơ cấp ,bởi vì
nh vậy sẽ tiết kiệm đợc dây dẫn và chính xác hơn.
Việc hiệu chỉnh số vòng dây W đợc xác định theo công thức :
W = W
1
.

100
k
U
trong đó :
W
1
là số vòng dây của cuộn sơ cấp
Với việc điều chỉnh sai số kiểu này thì cho phép ta tiết kiệm đợc các vật
liệu .Sau khi hiệu chỉnh ta có sai số điện áp sẽ là :
U = U
k
+ U
o
+ U
H
Ngoài việc hiệu chỉnh điện áp còn phải hiệu chỉnh sai số góc ,với máy
biến điện áp một pha không thể thực hiện hiệu chỉnh góc
1.5

phạm vi ứng dụng của máy biến điện áp
Các máy biến điện áp đợc sử dụng trong lới điện xoay chiều khi điện
áp cao hơn 400 V ,chúng ta cũng dùng để nối dụng cụ đo ( tần số kế,
công tơ mét ,woats ke ,và các rơle điều khiển ,bảo vệ )
Dới đây giới thiệu một số sơ đồ máy biến điện áp thông dụng nhất đợc
sử dụng trên mạng điện . Trong mạng thứ cấp của máy biến điện áp có
đấu cầu chì và các điện trở để hạn chế dòng sao cho những trờng hợp sự
cố không ảnh hởng đến máy biến điện áp .
Việc đấu máy biến điện áp vào mạng đợc tiến hành bằng cách dùng
cầu dao cao áp .Cầu chì đặt trong mạch thứ cấp máy biến điện áp để bảo
Đồ áN TốT NGHIệP K44-THIếT Kế MáY BIếN ĐIệN áP 35KV

16
* KHOA ĐIện_ Bộ MÔN TBĐ-ĐT*

vệ ngắn mạch có thể xảy ra ,cầu dao ,điện trở trong các sơ đồ thì thờng
không đợc vẽ ra .
Máy biến điện áp một pha hai dây quấn đợc dùng trong các thiết bị
một pha hoặc ba pha .Khi dùng trong lới ba pha thờng đấu với điện áp
dây của lới ba pha nh hình 1.1
Một trong các đầu dây của dây quấn thứ cấp để bảo đảm an toàn khi
vận hành phải đợc nối đất .Hai máy biến điện áp một pha đợc nối thành
sơ đồ tam giác hở có thể dùng để đấu (w) ,công tơ ,hoặc các bộ điều
khiển điện áp .
Các máy biến điện áp một pha loại dây quấn kiểu 3HOM đợc chế tạo
theo kiểu một cực tính nghĩa là chỉ có một đầu dây A của dây quấn sơ
cấp cao áp có cách điện tơng ứng với điện áp toàn phần .
Sơ đồ nối dây của máy biến điện áp kiểu 3 HOM hình 1.18
Hình 1.18
Dây quấn sơ cấp của máy biến điện áp một pha đợc nối với lới ,một đầu
đợc nối với đất ,do đó đợc tính toán với điện áp một pha tức là điện áp
dây chia cho
3
.tuy nhiên theo tiêu chuẩn các ,máy biến điện áp kiểu 3
HOM có điện áp định mức đến 35 kv phải chịu đợc điện áp dây ( ơ chế
độ sự có không dới 4 giờ )

Dây quấn thứ cấp phụ của máy biến điện áp đợc nối theo sơ đồ hở
dùng để đấu rơle bảo vệ tiếp đất .sơ đồ hình 1.19
Các máy biến điện áp ba pha ba trụ hai dây quấn kiểu HTMK có dây
quấn sơ cấp đợc nối thành hinh sao (y) có dây quấn bù ,còn dây quấn thứ
cấp cũng nối (y) và cố trung tính nối đât nh hình 1.20

Đồ áN TốT NGHIệP K44-THIếT Kế MáY BIếN ĐIệN áP 35KV
17
a

A X
a
x
a

x

w
w
A
a
b
c
0
x

C
B
A
a
b
c
Hình 1.19
* KHOA ĐIện_ Bộ MÔN TBĐ-ĐT*

Hình 1.20
Máy biến điện áp ba pha ,dây quấn kiểu HTMV đợc chế tạo thành tổ
máy biến điện áp nghĩa là gồm 3 máy biến điện áp một pha .các dây
quấn sơ cấp và thứ cấp ,đợc đấu hình (y) và có đa đầu trung tính ra ,dây
quấn thứ cấp phụ đợc đấu hinh hở nh hinh H1.21

Hình1.21
Một trong những ứng dụng quan trọng của máy biến điện áp là kiểm tra
cách điện của lới nh hình H1.19 và H1.21 .Trong lới điện phân phối cao
áp .tuỳ theo đặc điểm của trung tính đợc chia thành hai hệ thống :
1. có nối đất
2. cách điện đối với đất
ở liên xô cũ ,trung tính nối đất đợc dùng với lới 110 kv và cao hơn ,còn
trung tính cách điện với đất đợc dùng với lới có điện áp U< 35kv.Tuỳ
theo chế độ của trung tính mà điện áp pha của dây quấn thứ cấp dùng
cho bảo vệ phụ khi không tải sẽ khác nhau khi điện áp lới làm việc định
mức .
Khi lới làm việc bình thờng điện áp trên các đầu ra a

,x

nh ở hình 1.22
bằng không khi đó rơle đợc nối với các đầu đó sẽ không tácđộng
hình 1.22
Đồ áN TốT NGHIệP K44-THIếT Kế MáY BIếN ĐIệN áP 35KV
18
o
O
0
a

A
B
C
x

c
ba
B
C
A
b
a

* KHOA ĐIện_ Bộ MÔN TBĐ-ĐT*

Trong thực tế do mạch từ của ba pha không đối xứng và do có từ thông
hài bậc cao ,điện áp trên các đầu phụ a

,x

không hoàn toàn bằng không
mà có một trị số nào đó .Điện áp trên các đầu ra của tam giác hở chỉ
bằng không khi điện áp ba pha hoàn toàn đối xứng và biến thiên hoàn
toàn hình sin .Khi có một pha nào đó chạm đất ,điện áp trên các đầu phụ
a

, x

sẽ tăng đến 100v có nghĩa là bằng điện áp làm cho rơle bảo vệ tác

động,mà đã đợc tính cho bảo vệ
Quá trình xẩy ra ở máy biến điện áp khi tiếp đất một trong các pha đối
với hai trạng thái của trung tính :
a.trung tính nối đất .
xét trờng hợp khi có pha A chạm đất nh hình 1.23

Hình 1.23
Trong trờng hợp này trung tính đợc nối đất trực tiếp thì khi pha A chạm
đất tức là điện áp pha này bằng 0 và điện áp trên cuộn dây bảo vệ cũng
bằng 0 tức là rơle không tác động ,vậy rõ ràng ở biểu đồ của tam giác hở
trên các đầu dây a

-x


xuất hiện điện áp bằng tỷ số hình học của điện áp
Đồ áN TốT NGHIệP K44-THIếT Kế MáY BIếN ĐIệN áP 35KV
19
a

c
a
x

0
x

C
B
A

a
b
c
x

a

O
o
b
O
x

a

B
C
B
C
A
c
o
b
c
a
* KHOA ĐIện_ Bộ MÔN TBĐ-ĐT*

đang tác động B và C ,có nghĩa là bằng điện áp tam giác hở ,nó đợc thể
hiện ở biểu đồ vẽ ở hình 1.23 .Vì điện áp của rơle bảo vệ bằng điện áp
pha của tam giác hở ,và bằng 100V thì điện áp pha của cuộn thứ cấp phụ

cần phải bằng 100V.
b.trờng hợp trung tính cách điện với đất.
Khi chạm đất một pha nào đó thì sẽ xuất hiện sự thay đổi lớn về chế độ
làm việc của máy biến điện áp vì lẽ đó mà máy biến điện áp kiểu này có
kết cấu khác so với máy biến điện áp kiểu trung tính nối đất .
Giả sử chạm đất pha A của lới điện ,bởi vì pha A của BU bị ngắn
mạch ,các pha B và C phải chịu toàn bộ điện áp dây và cảm ứng trên lõi
thép mạch từ các pha này sẽ tăng lên
3
lần .Ngoài ra điểm trung tính 0
sẽ dịch chuyển tới điểm A ta thấy rõ ở biểu đồ vectơ .Góc giữa OB và OC
bằng 60
0
thay vì 120
0
trớc khi xẩy ra ngắn mạch pha A.


Hình 1.24
Góc giữa hai vectơ của hai pha b,c của tam giác hở sẽ bằng 120
0
thay vì
60
0
trớc đó .Từ đây chứng tở rằng điện áp ở đầu dây a

-x


khi xẩy ra

ngắn mạch pha A phải tăng lên
3.3
(=3) lần .Nhng khi có việc tiếp đất
pha nào đó ,thì điện áp của rơle bảo sẽ bằng 100V thì nhất thiết điện áp
pha của cuộn thứ cấp phụ khi đó phải bằng 100/
3
thì tác động của rơle
mới có hiệu quả .
Rõ ràng rằng các máy biến điện áp đợc mắc vào lới điện với trung
tính cách ly thì chúng cần phải chịu đợc chế độ chạm đất với thời gian t-
ơng đối dài (không nhở hơn 4h) ,khi ấy cảm ứng sẽ tăng lên
3
lần ,tiết
diện của lõi cũng phải tăng lên
3
lần .
Qua phân tích ta thấy trờng hợp khi trung tính của máy biến áp điện lực
nối đất thì cuộn dây thứ cấp phụ của mỗi pha đợc tính cho 100v còn khi
trung tính của máy biến áp điện lực không nối đất thì cuộn dây thứ cấp
phụ của máy biến điện áp cần tính cho điện áp 100/
3
v.
1.6 sử dụng vật liệu trong việc chế tạo
Quá trình phát triển máy biến điện áp nói riêng cũng nh các máy
điện ,khí cụ điện nói chung liên quan chặt chẽ tới những tiến bộ trong
việc sản xuất các vật liệu dẫn điện ,dẫn từ ,vật liệu cách điện .Điều đó
đòi hỏi các ngành công nghiệp tơng ứng phải sản xuất ra các vật liệu mới
có tính năng ngày càng hoàn thiện hơn .
Việc tìm kiếm một loại vật liệu mới là nhằm mục đích cải thiện các đặc
tính của máy biến áp nh giảm tổn hao năng lợng ,kích thớc ,trọng lợng

và tăng độ tin cậy của nó .Khuynh hớng chung thờng là thay những vật
liệu rẻ và dễ kiếm hơn .
Vật liệu dùng trong máy biến áp thờng có ba loại sau :
Đồ áN TốT NGHIệP K44-THIếT Kế MáY BIếN ĐIệN áP 35KV
20
c
b
a

O(a)
O
x

a
x

a

b
c
O(A)
B
C
B
C
A
* KHOA ĐIện_ Bộ MÔN TBĐ-ĐT*

-Vật liệu tác dụng dùng để dẫn điện nh dây quấn ,dẫn từ nh lõi thép
-Vật liệu cách điện dùng để cách điện các cuộn dây hay các bộ phận

khác nh cactông cách điện ,sứ ,dầu may biến áp
-Vật liệu kết cấu dùng để giữ ,bảo vệ biến áp nh xà ép ,bulông,vỏ máy
Việc thay đổi vật liệu sử dụng đôi khi làm thay đổi cả một quá trình
công nghệ quan trọng hay những kết cấu cơ bản của máy biến áp và điều
đó liên quan chặt chẽ đến sự tiến bộ của quá trình công nghệ trong ngành
chế tạo máy biến điện áp của một nớc .
Vởt liệu quan trọng trớc tiên trong ngành chế tạo biến áp là tôn silic
(hay còn gọi là thép lá kỹ thuật điện ).Trong nhiều năm trớc đây lõi thép
máy biến áp dùng chủ yếu là tôn cán nóng dày 0,5mm và 0,35mm .Chất
lợng loại tôn này tuy đã đợc cải tiến nhng nói chung suất tổn hao vẫn cao
.Khoảng từ những năm 50 trở lại đây đã xuất hiện tôn cán lạnh là loại tôn
có vị trí sắp xếp các tinh thể gần nh không đổi và có tính dẫn từ định h-
ớng .Do đó suất tổn hao giảm nhỏ đến 2
ữ
2,5 lần so với tôn cấn nóng
.Độ từ thẩm thay đổi rất it theo thời gian .Dùng tôn cán lạnh cho phép
tăng cờng độ từ cảm trong lõi thép lên tới 1,6
ữ
1,65 T ,trong khi đó tôn
cán nóng chỉ đến 1,4
ữ
1,45T. Cũng từ đó mà giảm đợc tổn hao trong máy
,giảm đợc trọng lợng và kích thớc máy ,đặc biệt là rút bớt đáng kể chiều
cao của máy biến áp ,rất thuận lợi cho việc chuyên chở .Tôn cán lạnh tuy
có đắt hơn ,nhng do việc giảm đợc tổn hao và trọng lợng nên ngời ta tính
ra rằng những máy biến áp đợc chế tạo bằng loại tôn này trong vận hành
kinh tế hơn so với máy biến áp làm bằng tôn cán nóng .
Cũng cần chú ý rằng sang dùng tôn cán lạnh đồng thời đòi hỏi phải thay
đổi một cách cơ bản công nghệ chế tạo và kết cấu lỗi thép máy biến áp
.Thờng sau khi tiến hành gia công cơ khí các lá thép nh dập ,phay ,ép

suất tổn hao trong thép sẽ tăng lên ,do đó để đảm bảo phẩm chất từ tính
của lá thép gần nh lúc đầu ,phải tiến hành ủ lại các lá thép .Song chú ý là
viẹc ủ lại không dùng cho các lá thép có cách điện bằng giấy ,chỉ dùng
cho thép lá cách điện bằng sơn .
Vật liệu tác dụng thứ hai là của máy biến áp là kim loại làm dây
quấn .Trong nhiều năm đồng vẫn là kim loại duy nhất dùng chế tạo dây
quấn mà không có thay đổi gì .Vì nh ta đã biết đồng có điện trở suất
nhở ,dẫn điện tốt dẽ gia công (hàn ,quấn ) , đảm bảo độ bền cơ ,điện
tốt .Gần đây ngời ta đã dùng nhôm thay đồng làm dây quấn .Nhôm có u
điểm là nhẹ ,dẽ kiếm hơn ,dẻ hơn ,nhng tất nhiên có nhợc điểm là điện
trở suất lớn hơn do đó dẫn điện kém hơn ,độ bền cơ cũng kém hơn và lại
rất khó khăn trong việc hàn nối .Khi dùng nhôm thay đồng để bảo đảm
đợc một công suất tơng đơng thì thể tích nhôm tăng lên ,chi phí cho các
công việc về chế tạo dây quấn ,chi phi về vật liệu cáchiện điện ,sơn
tẩm tăng lên .Những chi phí đó tăng lên đợc bù lại bởi giá thành dây
nhôm dể hơn ,nên nói chung giá thành toàn bộ máy biến áp bằng dây
nhôm và dây đồng thực tế không khác gì nhau bao nhiêu .Dĩ nhiên dùng
dây nhôm sẽ tiết kiệm đợc đồng là kim loại quí hiếm .
Về vật liệu cách điện thì phần lớn các máy biến áp đều dùng dây quấn
có cách điện bằng giấy cáp thuộc cách điện cấp A có nhiệt độ giới hạn
cho phép là +105
0
C với chiều dày cách điện cả hai phía là 0,45
ữ
0,5
mm việc dùng dây dẫn có cấp cách điện cao hơn (E,B,F ) không có ý
nghĩa nhiều lắm vì nhiệt độ cho phép của dây quấn máy biến áp đợc
quyết định không chỉ ở cấp cách điện của vật liệu cách điện mà còn ở cả
nhiệt độ cho phép của dầu ngâm dây quấn .Một loại cách điện hay dùng
bọc dây dẫn là men cách điện (êmay) .Việc thay cách điện bọc từ giấy

cáp sang tráng men không những làm cho lớp cách điện mỏng hơn ,độ
bền cơ điện tốt hơn mà còn có tác dụng giảm trọng lợng dây quấn lõi
Đồ áN TốT NGHIệP K44-THIếT Kế MáY BIếN ĐIệN áP 35KV
21
* KHOA ĐIện_ Bộ MÔN TBĐ-ĐT*

thép ,tuy rằng dây tráng men giá thành có đắt hơn. Đối với máy biến áp
khô hay dùng những dây dẫn có bọc cách điện cấp cao hơn . Với loại dây
dẫn có cấp cách điện cao hơn ,do có nhiệt độ cho phép cao hơn nên có
thể chọn mật độ dòng điện dây dẫn cao hơn ,vì thế kích thớc cuôn dây và
do đó máy sẽ gọn hơn .Song ngời ta cũng chỉ dùng đến cách điện cấp B
mà ít khi dùng loại dây có cấp cách điện cao hơn nữa, vì lý do là nhiệt độ
cho phép càng cao mật độ dòng điện chọn càng lớn thì tổn hao ngắn
mạch tăng lên làm cho hiệu suất của máy biến áp giảm xuống đáng kể
.Có thể dùng nó trong trờng hợp yêu cầu về kết cấu gọn nhẹ là tối cần
thiết ,nh các thiết bị điện trong giao thông vận tải ,trong máy bay
1.6 cấu tạo máy biến điện áp .
Bu gồm những bộ phận chính nh sau: mạch từ ,dây quấn ,hệ thống làm
lạnh và vở máy.
1.Mạch từ
Mạch từ là mạch cho từ thông trong máy biến điện áp ,do đó thiết kế
nó cần phải làm sao cho đảm bảo đợc tổn hao sắt chính và phụ nhỏ ,dòng
điện không tải nhỏ ,lợng tôn silic ít và hệ số điền đầy của lõi sắt cao ,
mặt khác mạch từ là khung để quấn dây , giá đỡ dây dẫn ra Hơn nữa
,lõi sắt còn cón có thể chịu những ứng lực cơ học lớn khi dây quấn bị
ngắn mạch .Vì vậy yêu cầu thứ hai của lõi sắt là phải bền và ổn định về
cơ khí để bảo đảm lúc nâng cẩu lõi an toàn cũng nh chịu đợc những ứng
lực lúc máy biến điện áp bị ngắn mạch .Tiết diện của lõi mạch từ đợc
ghép từ các lá thép ép bằng xà ép ,tiết diện của chúng có thể là hình chữ
nhật và khi đó cuộn dây cũng có hình chữ nhật .Tuy nhiên theo cách này

ta có thể đơn giản đợc việc chế tạo mạch từ nhng việc chế tạo cuộn dây
gặp nhiều khó khăn và cũng tốn nhiều dây hơn.
Các BU có điện áp lớn hơn 660V có cuộn dây với số vòng lớn ,dây
nhỏ thờng sử dụng mạch từ có tiết diện dạng hình trụ ,hầu hết các BU
hiện nay đợc chế tạo với lõi sắt kiểu trụ .
Tiết diện dạng bậc làm tăng sự điền đầy
không gian của thép bên trong cuôn dây hình
trụ nh hình 1.25 .Ngoài ra với cuộn dây hình
trụ chiều dài các vòng dây sẽ ngắn hơn so với
dạng hình chữ nhật .
Số bậc thang trong trụ càng nhiều thì tiết diện
trụ càng gần hình tròn ,nhng số tập lá tôn càng
tăng ,nghĩa là số lợng các lá tôn có kích thớc
khác nhau càng nhiều làm cho quá trình công hình1.25
nghệ chế tạo lắp ráp càng phức tạp .
Trụ và gông cần phải đợc ép thành một bộ bảo đảm chắc chắn lúc
nâng cẩu lõi sắt cũng nh có lực ngắn mạch ở dây quấn tác dụng lên ,đồng
thời lại giảm đợc những dao động tự do hay những tiếng kêu ,tiếng ù khi
máy vận hành .
Nhiều năm trớc đây đối với tôn cán nóng để giảm bớt quá trình công
nghệ gông từ , Tiết diện gông không làm nhiều bậc mà có khuynh hớng
làm đơn giản hơn hiệu chỉnh là hình chữ nhật ,hình chữ T thuận ,hình
chữ T ngợc hoặc hình chữ thập .Nhng những tiết diện gông hình dáng đó
của chúng thật ra đều không hợp lý vì sự phân bố không đều từ cảm giữa
các trụ và gông trong cùng một tập lá thép .Nguyên nhân là vì ,từ thông
trong trụ và gông bằng nhau nên tiết diện trụ và gông phải bằng nhau , do
đó muốn làm tiết diện gông đơn giản (giả sử lấy tiết diện gông hình chữ
nhật làm ví dụ ) thì rõ ràng tiết diện các tập lá thép ở gông càng nhỏ dần
vào giữa so với các tập lá thép tơng ứng ở trụ .Từ thông trong các tập lá
Đồ áN TốT NGHIệP K44-THIếT Kế MáY BIếN ĐIệN áP 35KV

22
* KHOA ĐIện_ Bộ MÔN TBĐ-ĐT*

thép này không dễ dàng đi sang đợc các tập lá thép khác vì có cách điện
lá và khe hở không khí ,nên chỉ chạy trên cùng tập với nhau giữa trụ và
gông .Nh vậy từ cảm trụ sẽ giảm nhở dần ở những tập lá thép giữa và
tăng ở những tập lá thép ngoài biên .Còn ở gông thì ngợc lại .Sự phân bố
từ cảm không đều trong lõi nh vậy làm tăng tổn hao và dòng điện không
tải nhất là đối với tôn cán lạnh .Ngời ta tính ra rằng ,chẳng hạn đối với
gông chữ nhật tổn hao không tải tăng 5
ữ
6 % ,dòng điện không tải tăng
12
ữ
15% so với gông có số bậc bằng số bậc ở trụ .Vì vậy tiết diện ngang
của gông từ có số bậc bằng số bậc của trụ là tôt nhất .Nhng dể bảo đảm
lực ép phân bố đều hơn trên các lá thép gông ,thờng 2
ữ
3 tập lá thép
ngoài cùng của gông đợc gộp lại làm một cỡ ,nh vậy số bậc trong gông
sẽ ít hơn số bậc trong trụ và dĩ nhiên tiết diện của gông sẽ lớn hơn tiết
diện của trụ một ít .Kinh nghiệm cho thấy nếu trụ và gông ép bằng
bulông xuyên qua chúng làm tổn hao o tải tăng lên khoảng 9
ữ
25%,dòng
điện không tải tăng lên 50
ữ
200% .Trong trờng hợp tiết diện gông làm
đơn giản số bậc đi so với tiết diện trụ thì tổn hao không tải tăng khoảng 5
ữ

6% dòng điện không tải tăng 8
ữ
10% .
Theo phơng pháp ghép trụ và gông có thể chia lõi sắt thành 2 kiểu :
Lõi ghép nối và lõi ghép xen kẽ .
a.ghép nối :
ghép nối là gông và trụ ghép riêng sau đó đợc đem nối với nhau nhờ
những xà ép và bulông ép (hình 1.26a).Ghép kiểu này đơn giản nhng khe
hở không khí giữa trụ và gông lớn ,do không bảo đảm tiếp xúc tơng ứng
từng lá thép trụ và gông với nhau nên tổn hao và dòng điện không tải
lớn ,vì vậy ít dùng .



a. b.
c . d.

e.
Hình 1.26
Đồ áN TốT NGHIệP K44-THIếT Kế MáY BIếN ĐIệN áP 35KV
23
Lợt 2
Lợt 1
Lợt 2
Lợt 1
* KHOA ĐIện_ Bộ MÔN TBĐ-ĐT*

b.ghép xen kẽ .
Ghép xen kẽ là từng lớp lá thép của trụ và gông lần lợt đặt xen kẽ theo vị
trí 1 và 2 nh trên hình 1.26 b Sau đó dùng xà ép và bulông vít chặt

lại .Muốn lồng dây quấn vào thì dỡ hết gông trên ra ,cho dây quấn đã đợc
quấn trên ống bakelit lồng vào trụ .Trụ đợc nèn chặt với ống bakêlit bằng
cách nêm cách điện (gỗ ,bakêlit ) sau đó xếp lá thép vào gông nh cũ và
ép gông lại .Hiện nay ở nớc ta hay dùng kiểu này .Trụ đợc ôm bởi ống
cách điện bakêlít và dây quấn , hoặc đai bằng sợi thuỷ tinh ,gông đợc ép
bằng xà ép gông .Không có bulông xuyên qua lõi sắt
Đối với thép cán lạnh ,để giảm bớt tổn hao do tính dẫn từ không đẳng
hớng thờng ghép xen kẽ nhng với mối nối nghiêng giữa trụ và gông ở
bốn góc nh ở hình 1.26 c hay mối nối nghiêng cả trụ giữa hình 1.26d
hoặc ghép xen kẽ với mối nối hỗn hợp hình 1.26e mà không dùng mối
nối thẳng nh thép cán nóng .Phơng pháp ghép xen kẽ đơn giản ,kết cấu
vững chắc nên đợc dùng phổ biến trong ngành chế tạo máy biến áp hiện
nay .
c. Chọn tôn silic và cờng độ từ cảm trong trụ
Vật liệu làm lõi sắt biến áp thờng có hai loại : tôn silíc cán nóng và
tôn silic cán lạnh .
Nhiều năm trớc đây ,lõi sắt biến áp chủ yếu dùng tôn cán nóng .Nhng
do suất tổn hao lớn làm cho tôn hao không tải ,dòng không tải tăng
lên .Vì thế gần đây tôn cán nóng không đợc sử dụng nữa mà đã đợc thay
thế bằng tôn cán lạnh dày 0,35 mm hoặc nhỏ hơn nữa .Dùng tôn cán
mỏng dới 0,5mm thì sẽ có nhợc điểm là số lần cắt dập ,lắp ghép lá thép
tăng lên ,giá thành về công nghệ lõi thép tăng lên .Nhng bù lại chúng lại
có suất tổn hao nhỏ .
Khác với máy biến điện áp điện lực ,mật độ từ cảm trong trụ thờng
chọn lớn (với tôn cán lạnh có thể chọn lên tới 1,6
ữ
1,65 T đặc biệt có khi
lên tới 1,7T) ,mật độ từ cảm trong trụ của máy biến điện áp lại thờng
chọn thấp (thờng nằm trong dải tuyến tính của đặc tính đờng cong từ hóa
của loại thép đợc chọn ) nghĩa là thờng chọn từ 0,8

ữ
1T .
Việc chọn mật độ từ cảm trong trụ của máy biến điện áp thấp nh vậy có
lý do sau :
-làm tăng tiết diện lõi sắt lên .
-tăng độ nhạy cho máy biến điện áp .
2. Cuộn dây
Cuộn dây thứ cấp và sơ cấp là một phần cơ bản và quan trọng nhất của
mỗi máy biến điện áp .Tính toán và thiết kế kết cấu cuộn dây thực chất là
việc chọn kiểu cuộn dây ,xác định các thông số cuộn dây : số vòng
dây ,kích thớc dây quấn và cuộn dây . Các tham số về cuộn dây phải đợc
lựa chọn phù hợp với đặc tính về điện từ , cách điện và đặc tính nhiệt của
biến áp .
Việc chọn kiểu cuộn dây cần phải theo chỉ dẫn về khả năng công nghệ
và chi phí vật liệu . Trong cuộn dây còn có màn điện dung để bảo vệ
cuộn dây khỏi quá điện áp .
a. Dây quấn .
Yêu cầu chung : Gồm yêu cầu về vận hành và yêu cầu về chế tạo
*Yêu cầu về vận hành gồm các mặt điện , cơ và điện .
+ Về mặt điện :
khi vận hành thờng dây quấn biến áp có điện áp , do đó cách điện của
biến áp phải tốt , nghĩa là phải chiu đợc điện áp làm việc bình thơng và
quá điện áp do đóng ngắt mạch trong lới điện hay do sét (quá điện áp
thiên nhiên ) gây nên , ảnh hởng của quá điện áp do đóng ngắt mạch với
Đồ áN TốT NGHIệP K44-THIếT Kế MáY BIếN ĐIệN áP 35KV
24
* KHOA ĐIện_ Bộ MÔN TBĐ-ĐT*

điện áp bình thờng , thờng chủ yếu là đối với cách điện chính của biến áp
, tức là cách điện giữa các dây quấn với nhau và cách điện giữa với vở

máy ; còn quá điện áp do sét đánh lên đờng dây thờng ảnh hởng đến cách
điện dọc của biến áp , tức là giữa các vòng dây , lớp dây hay giữa các
bánh dây của từng dây quấn .
+ về mặt cơ học :
Dây quấn không bị biến dạng hoặc h hỏng dới tác dụng của lực cơ học
do dòng điện ngắn mạch gây ra .
+ Về mặt chịu nhiệt :
Khi vận hành bình thờng cũng nh trong trờng hợp ngắn mạch , trong
một thời gian nhất định ,dây quấn không đợc có nhiệt độ quá cao .Vì lúc
đó chất cách điện sẽ bị nóng quá mà chóng h hỏng hoặc bị già hoá làm
cho nó mất tính đàn hồi ,hóa giòn và mất tính chất cách điện . Vì vậy khi
thiết kế phải đảm bảo sao cho tuổi thọ của chất cách điện từ 15
ữ
20
năm .
*Yêu cầu về chế tạo :
Kết cấu đơn giản , tốn ít nguyên liệu và nhân công , thời gian chế tạo
ngắn và giá thành hạ nhng vẫn đảm bảo đợc các yêu cầu về mặt vận
hành .
Vật liệu chính để chế tạo dây quấn là đồng có cách điện bằng vải hoặc
êmay , tiết diện tròn hoặc chữ nhật .Do dòng quá bé nên cơ bản sử dụng
dây quấn có tiết diện tròn .Đờng kính dây đợc lựa chọn theo tiêu chuẩn
về dây quấn . Việc cách điện dây thờng khác nhau phụ thuộc vào đờng
kính dây , cấp điện áp và kết cấu của cuộn dây .Dây có các mác khác
nhau phu thuộc vào cách điện chúng .Đối với các cuộn dây sơ cấp của
các BU có điện áp 110KV và cao hơn thì chúng phải có độ cách điện cao
hơn nhiều , thờng sử dụng loại dây emay .Đối với các cuộn dây của các
BU khô ( cách điện bằng epoxy ) thì sử dụng dây có cách điện chịu nhiệt
cao , độ bền cao tẩm sơn emay không tan trong keo epoxy.
b. Cách điện các chi tiết và vật liệu .

Giá thành cách điện chiếm một tỷ lệ quan trọng trong giá thành chung
của máy biến áp . Cách điện trong máy biến áp 110-220 KV chiếm đến
18
ữ
20 % giá thành toàn bộ máy biến áp .Nếu chọn cách điện không hợp
lý sẽ gây h hỏng do tác dụng về cơ ,điện nhiệt hoặc lãng phí không cần
thiết
Các vật liệu cách điện cần phải không có tác dụng hoá học với dầu
máy biến áp ,ngoài ra chúng không có khả năng bị oxy hoá và bị phân
huỷ .
Trớc khi vận hành , các máy biến áp cần phải đợc thử nghiệm cách
điện , điện áp thử có f= 50 Hz lấy từ nguồn riêng biệt , ở điều kiện khí
hậu bình thờng ( +20
0
C ,p= 760 mmHg , độ ẩm 11g/m
3
) .
Các chất cách điện đợc sử dụng chính :
- Giấy cáp:
Mã hiệu K 0,8 ; K-12 và K-17 chiều dày 0,08 ; 0,12 ; 0,17 mm
.Trong máy biến áp thờng sử dụng loại K-12 dày 0,12 để quấn dây
đồng trong cuộn dây dới dạng băng vải , chiều rộng có nhiều cỡ dùng
làm cách điện giữa các lớp .Dới dạng băng nhỏ rộng 2
ữ
3 cm quấn
thành từng lớp dày 0,1 đến 5 cm để cách điện dây dẫn ra và tăng cờng
cách điện cho những vòng đầu cuộn dây .
- Giấy điện thoại :
Làm thành từng cuôn rộng 500

1000 mm dày 0,05

5 % mm dùng
để cách điện giữa các lớp .
-Vải sơn :
làm thành từng cuộn rộng 700

1000 mm dày 0,17 ; 0,2 ; 0,24 mm
Đồ áN TốT NGHIệP K44-THIếT Kế MáY BIếN ĐIệN áP 35KV
25